Demistyfikacja monitoringu drgań Część 1: Dlaczego monitoring drgań jest ważny — i jak działa

Szybki dostęp 
Część 1: Dlaczego monitorowanie drgań jest ważne — i jak ono działa
Część 2: Zasady analizy drgań w maszynach wirujących
Część 3: Identyfikacja i interpretacja ogólnych wzorców drgań i usterek
Część 4: Diagnozowanie braku równowagi, niewspółosiowości, luzów i zużycia łożysk

Zespoły konserwacyjne są dziś rozciągnięte — zarządzają większą liczbą aktywów, mając mniej rąk do pracy. Monitorowanie wibracji pomaga zamknąć tę lukę, dając wczesne ostrzeżenia, gdy maszyny zaczynają się zużywać.

Wibracje są jednym z najważniejszych, a jednocześnie często pomijanych wskaźników kondycji maszyny. Od momentu włączenia maszyny zaczyna ona gromadzić zużycie. Z czasem zużycie to objawia się zmianami wzorców wibracji. Wczesne wykrycie tych zmian pozwala zapobiegać awariom, optymalizować naprawy i wydłużać żywotność zasobów.

Dlaczego wibracja jest tak skuteczna? Ponieważ osiąga idealną równowagę: wykrywa problemy wcześniej niż termografia lub hałas słyszalny, ale później niż technologie, które często dają fałszywe wyniki pozytywne, takie jak ultradźwięki. Innymi słowy, mówi ci to, co musisz wiedzieć, kiedy musisz to wiedzieć.

Używając prostych narzędzi do przesiewania wibracji, zespoły konserwacyjne mogą sygnalizować potencjalne problemy. Bardziej zaawansowani testerzy mogą następnie diagnozować najczęstsze usterki. A dzięki analizatorom na poziomie eksperckim nawet złożone problemy w krytycznych aktywach mogą być precyzyjnie identyfikowane.

O jakich rodzajach usterek mówimy? Zdecydowana większość awarii sprzętu obrotowego sprowadza się do czterech kluczowych kwestii:

• Brak równowagi
• Niewłaściwe ustawienie
• Rozluźnienie
• Zużycie łożyska

Tego typu usterki można wykryć na podstawie charakterystycznych wzorców drgań — wzorców, które czujniki i oprogramowanie potrafią teraz automatycznie identyfikować.

Gdy śledzi się je w czasie, drgania stają się czymś więcej niż detektorem błędów. Stają się narzędziem strategicznym. Umożliwiają konserwację predykcyjną, w której serwis jest wykonywany na podstawie faktycznego stanu każdej maszyny — a nie stałego harmonogramu. Oznacza to mniej niespodzianek, lepsze planowanie i trwalszy sprzęt.

W tej serii wpisów na blogu przedstawimy podstawowe koncepcje dotyczące monitorowania i analizy drgań — jak to działa, co pokazuje i jaką rolę odgrywa w strategii proaktywnej konserwacji.

Zrozumienie przebiegów falowych i typów pomiarów

Drgania poruszającego się obiektu można najlepiej zilustrować jako falę sinusoidalną, która powtarza się w kółko wzdłuż osi poziomej. Na rysunku 1 zobacz masę na sprężynie, która generuje falę sinusoidalną drgań, poruszając się w górę i w dół w czasie. Jedna kompletna fala sinusoidalna to cykl. Czas potrzebny na powtórzenie cyklu to częstotliwość lub prędkość kształtu fali. 

Fala wibracyjna ma również amplitudę lub wielkość, którą można zmierzyć na osi pionowej, jak pokazano poniżej. Istnieją trzy sposoby, w jakie można raportować amplitudę fali, jak pokazano na rysunku 2. 

1. Szczyt: amplituda od linii środkowej do szczytu (lub dołu) szczytu 

2. Od szczytu do szczytu: amplituda od szczytu do dołu szczytu (szczyt-szczyt = 2 X szczyt) 

3. Wartość skuteczna: średnia kwadratowa szczytów (RMS = 0.707 X szczyt) 

Kształt fali drgań można wyrazić trzema różnymi metodami. 

1. Przemieszczenie: Odległość, jaką obiekt pokonuje od punktu odniesienia. W obracającej się maszynie można ją zmierzyć za pomocą sondy zbliżeniowej. Wymaga to wywiercenia otworów w łożyskach, więc sondy zbliżeniowe nie są powszechne. Przemieszczenie jest najlepsze do pomiaru niskich częstotliwości i w jednostkach mils pp (szczyt-szczyt). 
2. Prędkość: Odległość, jaką obiekt pokonuje w danym czasie. W obracającej się maszynie można ją zmierzyć za pomocą sondy prędkości. Sondy prędkości mają ruchome części, które się łamią, więc nie są powszechne. Prędkość najlepiej nadaje się do pomiaru średnich częstotliwości i jednostek szczytowych in/sek (mm/sek). 
3. Matematycznie: Prędkość = przemieszczenie/czas (V=d/t) 
4. Przyśpieszenie: Szybkość zmiany prędkości w czasie. W obracającej się maszynie można ją zmierzyć za pomocą akcelerometru. Akcelerometry nie mają ruchomych części, są stabilne przez 12-15 lat i są bardzo powszechnie używane. Przyspieszenie jest najlepsze do pomiaru bardzo wysokich częstotliwości i w jednostkach g (in/sec2) RMS. 
5. Matematycznie: Przyspieszenie = Prędkość/czas (A=V/t) 

Która metoda jest najlepsza? 

W przypadku maszyn wirujących prędkość jest dobra dla szerokiego zakresu częstotliwości i jest również bardzo dobra w diagnozowaniu sił zmęczeniowych, które powodują zużycie i ostatecznie awarię. Akcelerometr jest typowym czujnikiem do wyboru i łatwo jest przeliczyć przyspieszenie na prędkość (Przyspieszenie = Prędkość/czas) 

Analogia

Oceniając szkody po wypadku samochodowym, nie to, ile przejechałeś kilometrów, ani jak szybko przyspieszasz, powoduje wszystkie szkody; to prędkość, z jaką jedziesz samochodem, zanim uderzysz w ścianę. Podobnie, prędkość obliczona na podstawie akcelerometru jest najlepszym wskaźnikiem szkód spowodowanych przez wibracje. 

???? Przeczytaj część 2 → Odczyt widma częstotliwości w celu znalezienia błędów

Bio Autor: John Bernet jest specjalistą ds. zastosowań mechanicznych i produktów w Fluke Corporation. Wykorzystując ponad 30-letnie doświadczenie w konserwacji i obsłudze elektrowni jądrowych i maszyn w zakładach komercyjnych, John współpracował z klientami we wszystkich branżach, wdrażając programy niezawodności. Jest certyfikowanym analitykiem drgań kategorii II i certyfikowanym specjalistą ds. niezawodności konserwacji (CMRP) z ponad 20-letnim doświadczeniem w diagnozowaniu usterek maszyn.